Partikül boyutuna göre erozyon aşınması

Şekil 5.13’de farklı nozul tasarımlarının 120 mesh alümina aşındırıcı kullanılarak yapılan testler sonucu hedef malzeme yüzeyinde oluşan erozyon oranına etkileri incelenmiştir. I. grup nozullarda (giriş çapı 5 mm, çıkış çapı değişen) çıkış çapının küçülmesi ile erozyon oranında artış meydana gelmiştir. II. grup tasarımlarda (giriş çapı 4 mm, çıkış çapı değişen) da I. grupta olduğu gibi çıkış çapındaki küçülme ile erozyon oranında artış gerçekleştiği belirlenmiştir.

Boğazlı tasarımlarda (III., IV ve V.grup) boğaz çapının ve boğaz yerinin değişmesi ile erozyon oranında değişimlerin gerçekleştiği görülmüştür. Boğaz çapının 2 mm’den 3 mm’ye çıkması ile erozyon oranında artma meydana gelirken, 3 mm’den 4 mm’ ye geçişte erozyon oranında azalma gerçekleşmektedir. Bu durum üç grup tasarım içinde de gözlemlenmiştir. Boğaz yerlerinin değişimi erozyon oranını etkileyen diğer bir husustur. Boğazın nozul giriş çapına yakın konumlandırılması ile erozyon oranında artış meydana geldiği belirlenmiştir.

Genel olarak nozul giriş, çıkış ve boğaz çapının, boğaz yerinin erozyon oranına etkisinin olduğu belirlenmiştir. En yüksek erozyon oranı değerlerinin boğazın olmadığı, küçük giriş ve çıkış çaplı tasarımlarda (I. ve II. grup) gerçekleştiği gözlemlenmiştir.

Şekil 5.13. Farklı geometrili nozullarda 120 mesh alüminanın erozyon oranına etkisi

Şekil 5.13’de II. grup nozullar E ve F nozulları, tüm nozul geometrileri içinde maksimum erozyon oranı ortaya çıkaran nozullar olmuştur. En küçük partikül boyutuna sahip alümina 120 mesh partikülleri 3 mm giriş çaplı II. grup nozullarda boğulmaya uğramadan hızlanarak hedef malzeme yüzeyinde erozyon hasarı ortaya çıkarmışlardır. Giriş çapı 3 mm çıkış çapı 2 mm olan F nozulu 120 mesh alümina aşındırıcı partikülleri ile diğer nozul geometrilerine göre çok daha yüksek erozyon oranına ulaşılmasına sebep olmuştur. II. grup nozullardan farklı olarak en yüksek üçüncü erozyon oranına sebep olan nozul geometrisi I. grup nozullardan giriş çapı 5 mm çıkış çapı 2 mm olan A nozulu olmuştur. Alümina 120 mesh partikül boyutundaki aşındırıcı partiküller için F, E ve A nozul geometrileri dışında kalan geometrilerde erozyon aşınma oranlarının daha düşük seviyelerde gerçekleştiği görülmüş ve nozul geometrilerinin alümina 120 mesh aşındırıcı partiküller için çok fazla bir etkiye sahip olmadığı görülmüştür.

Şekil 5.14. Farklı geometrili nozullarda 80 mesh alüminanın erozyon oranına etkisi

Şekil 5.14’de alümina 80 mesh aşındırıcı partikül boyutuyla gerçekleştirilen testler sonrası ortaya çıkan erozyon oranları 15 farklı nozul için karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Alümina 120 mesh boyutundan 80 mesh boyutuna büyüyen aşındırıcı partiküller erozyon oranı üzerinde önemli bir değişime sebep olmuştur. 120 mesh boyutta maksimum erozyon oranı gözlemlenen F, E ve A nozullarına ek olarak 80 mesh boyutuna büyüyen partiküller M, G ve J nozullarında da yüksek seviyede erozyon oranı ortaya çıkarmışlardır. M, G ve J nozul geometrilerine bakıldığında bu nozullarda nozul boylamasına eksende farklı noktalarda 2 mm çapında bir ventüri boğazı olduğu görülmektedir. M nozulunda ventüri boğazının, nozul girişine yakın bir noktada olmasının; ventüri boğazının ortada olduğu G ve nozul çıkışına yakın yerde olduğu J nozuluna göre daha yüksek erozyon oranına sebep olduğu görülmüştür. Ayrıca boğaz bulunmayan F, E ve A nozullarında alümina aşındırıcı partikül boyutunun 120 mesh olması durumunda maksimum erozyon oranları gözlemlenirken, alümina aşındırıcı partikül boyutu 80 mesh boyutuna büyüdüğünde ventüri boğazlı M, G ve J nozullarında daha yüksek erozyon oranları gözlemlenmiştir. Bu geometriler içinde de ventüri boğaz çapı her nozulda aynı olmasına rağmen ventüri boğazının nozul girişine yakın bir noktada olması daha yüksek erozyon oranına sebep olmuştur. Sonuç olarak partikül boyutunun alümina aşındırıcı için 120 meshten 80 mesh boyutuna büyümesi hem erozyon oranlarını

artırmış hem de nozul geometrisinde ventüri boğazının bulunması, daralan nozul geometrilerine göre daha yüksek erozyon oranlarına çıkılmasına sebep olmuştur.

Şekil 5.15. Farklı geometrili nozullarda 60 mesh alüminanın erozyon oranına etkisi

Şekil 5.15’de alümina aşındırıcı partiküller içinde en büyük boyuta sahip 60 mesh ile yapılan testler sonrası 15 farklı nozul geometrisi için erozyon oranı karşılaştırmaları verilmiştir. 120 mesh ve 80 mesh boyutta olduğu gibi 60 mesh boyutlu aşındırıcı partiküllerde de maksimum erozyon oranı daralan kesitli nozullardan F, E ve A nozullarında gözlemlenirken; ventüri tipi nozullardan M, G ve J tipi nozullarda erozyon oranlarının yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Ventüri boğazına sahip nozullarda maksimum erozyon oranı sırasıyla G, M ve J nozullarında ortaya çıkmıştır. Daha küçük partikül boyutu 80 mesh alüminada bu sıralama M, G ve J iken; partikül boyutunun 80 meshten 60 meshe büyümesi sıralamayı G, M ve J olarak değiştirmiştir. Yani partikül boyutunun büyümesi, ventüri boğazının orta noktada olması halinde daha yüksek erozyon oranına ulaşılmasına sebep olmuştur. Diğer taraftan, partikül boyutunun büyümesi M ve J nozullarında erozyon oranında azalmaya sebep olurken; ventürinin, nozulun ortasında bulunduğu G nozulunda erozyon oranında bir değişim yaratmadığı gözlemlenmiştir. Daralan kesitli F, E ve A nozullarında ise alümina aşındırıcıların partikül boyutlarının büyümesi erozyon oranının artmasına sebep olmuştur.

Şekil 5.16. Farklı geometrili nozullarda 120 mesh garnetin erozyon oranına etkisi

Deneysel çalışmalarda kullanılan bir başka aşındırıcı partikül tipi de garnettir. Yine aşındırıcı partikül boyutunun erozyon oranına etkisinin ortaya konması amacıyla 3 farklı boyutta garnet minerali 120, 80 ve 60 mesh boyutlarında seçilerek kullanılmıştır. Böylece hem garnet partikül büyüklüğünün hem de daha önce analiz edilmiş olan alümina ve garnet aşındırıcılarının karşılaştırmalı erozyon oranı sonuçları ortaya konulmuştur. Şekil 5.16’da 120 mesh boyutunda garnet partikülleriyle 15 farklı nozul geometrisiyle gerçekleştirilen testler sonrası ortaya çıkan erozyon oranları karşılaştırması görülmektedir. En yüksek erozyon oranları sırasıyla E, F ve A nozullarında ortaya çıkmıştır. E nozulunda giriş çapı ve çıkış çapı 3 mm iken F nozulunda giriş çapı 3 mm çıkış çapı 2 mm, A nozulunda ise giriş çapı 5 mm çıkış çapı 2 mm’dir. Sonuç olarak garnet 120 mesh aşındırıcı partikül büyüklüğünde maksimum erozyon oranı sabit kesitli ve 3 mm çaplı E nozul geometrisinde elde edilmiştir. Garnet 120 mesh aşındırıcı partikül boyutu için bu üç nozul geometrisi dışındaki nozullarda erozyon oranları çok düşük seviyede kalmıştır ve nozul geometrisi çapının erozyon oranına önemli bir etkisi görülmemiştir.

Şekil 5.17. Farklı geometrili nozullarda 80 mesh garnetin erozyon oranına etkisi

Şekil 5.17’de 80 mesh garnet partikülleriyle gerçekleştirilen erozif aşınma testleri sonrası ortaya çıkan erozyon oranları karşılaştırması verilmiştir. Garnet aşındırıcı partikül boyutunun 120 meshten 80 meshe büyümesi, E, F ve A nozullarındaki erozyon oranlarını bir miktar düşürürken, alümina aşındırıcısında olduğu gibi G, M ve J nozullarında garnet partikül boyutunun artması erozyon oranını önemli miktarda artırmıştır. Bir başka deyişle garnet partikül boyutunun büyümesi ventüri boğaza sahip nozul geometrilerinin de erozyon oranlarını önemli ölçüde artırmıştır. G, M ve J nozullarındaki erozyon oranları E, F ve A nozullarına göre daha yüksek olmuştur. Diğer nozul geometrilerinde, bu altı nozul geometrisinde ortaya çıkan erozyon oranlarına göre çok daha düşük değerler ortaya çıkmıştır. Tüm nozullar içinde maksimum erozyon oranı G ve M nozul geometrisinde ortaya çıkmış; 2 mm çaplı ventüri boğazlı nozulların, garnet 80 mesh partikül için maksimum erozyon oranı ortaya çıkardığı gözlemlenmiştir.

Şekil 5.18. Farklı geometrili nozullarda 60 mesh garnetin erozyon oranına etkisi

Şekil 5.18’de garnet için en büyük tanecik boyutu olan 60 mesh boyutunda testler sonrası ortaya çıkan erozyon oranları görülmektedir. Bundan önceki garnet tanecik boyutlarında gözlemlenenlere benzer olarak G nozul geometrisinde maksimum erozyon oranı tespit edilmiştir. Bununla birlikte girişe yakın konumda 2 mm çaplı ventüri boğazına sahip M nozulunda, 60 mesh garnet boyutunda çok düşük seviyede erozyon oranı ortaya çıkmıştır. Ventüri tip boğaza sahip nozullardan G ve M nozullarında ventüri daralma kesitinin G nozulunda olduğu gibi orta kısımda bulunması erozyon oranını çok etkilemez iken, M nozulu gibi girişe yakın olan ventüri boğazına sahip nozullarda kritik bir partikül boyutu geçildiğinde erozyon oranının büyük miktarda düşüş gösterdiği gözlemlenmiştir. Daralan kesitli E, F ve A nozullarında ise erozyon oranlarında partikül boyutuna bağlı çok büyük değişim gözlemlenmemiştir. 6 nozul geometrisinin dışında kalan nozul geometrilerinde erozyon oranları en küçük partikül boyutu olan 60 mesh garnet için de düşük seviyelerde kalmıştır.

Bu bölümde aşındırıcı partikül boyutunun erozyon oranına etkisi, alümina ve garnet partikülleri için ayrı ayrı irdelenerek nozul geometrileri bazında ortaya konmuştur. Alümina aşındırıcı için 120 mesh boyutta F, E ve A nozullarında erozyon oranları yüksek gözlemlenirken, partikül boyutu 80 ve 60 mesh olarak büyüdüğünde etkin erozyon oranlarına G, M ve J ventüri boğazına sahip nozullarda da rastlanmıştır.

Alümina için partikül boyutunun büyümesi erozyon oranlarını artırırken aynı zamanda sadece daralan tip nozullarda değil, ventürili boğaza sahip nozullarda da erozyon oranlarının yüksek seviyede ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Benzer etkiler aynı nozul geometrileri için garnet aşındırıcı partikül boyut değişiminde de gözlemlenmiştir. Diğer taraftan alümina aşındırıcı partikülleri garnet aşındırıcı partiküllerine göre daha yüksek erozyon oranlarına sebep olmuştur.